ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
Интеллектуальная Система Тематического Исследования НАукометрических данных |
||
Фундаментальная научная проблема – раскрытие природных механизмов управляющих формированием агрофизических свойств почв, представляющих ключевой фактор их функционирования и способности обеспечивать жизнедеятельность растений, регулирования экологической обстановки (водный, воздушный, тепловой, питательный режимы), обеспечивать секвестрацию биосферного углерода. Оптимальные агрофизические свойства определяют доступность элементов питания растений, скорость потока и оптимальный диапазон доступной влаги, температуру и содержание кислорода. Цель: оценить вклад почвенной фауны на примере дождевых червей в физические и микробиологические свойства почвы на уровне элементарных почвенных частиц, денсиметрических фракций и микроагрегатов.
The question of the extent and mechanisms of the effect of soil biota on soil fertility is currently very topical. The study and search for the most efficient use of natural ways to improve soil fertility meet the goals of sustainable development for 2016–2030, as well as the priorities and prospects for the scientific and technological development of the Russian Federation, approved by the Decree of the President of the Russian Federation of 01.12.2016 No. 642 (highly productive and environmentally friendly agro- and aquaculture, development and implementation of systems for the rational use of chemical and biological protection of agricultural plants and animals, storage and efficient processing of agricultural products, creation of safe and high-quality, including the number of functional, food). In nature, everything is interconnected, but, unfortunately, these connections are often so complex that sometimes it is not possible to study them with modern methods. Nevertheless, science is moving precisely in this direction: towards the consideration of objects and connections between them within the framework of various disciplines as a single comprehensive study. Under the conditions of a model laboratory experiment, the natural mechanisms of the formation of the aggregate structure of chernozem will be revealed and the role of the products of the bioactivity of earthworms in the processes of structure formation will be established. The study of physical, chemical, physical-chemical and microbiological characteristics of soils and coprolites of earthworms includes: particle size and microaggregate composition, specific surface, wetting angle, rheological parameters, organic carbon and nitrogen, stable isotopes δ13C and δ15N, enzymatic activity, the bacterial content, activity of the bacterial hydrolytic complex. In many works, the role of coprolites is considered as an active way for the entry of readily available nitrogen into the soil, which is always in short supply. Fundamental knowledge about the role of animal excreta in the formation of the soil aggregate structure will allow them to be used for soil zoomelioration (introduction of new species, targeted breeding of aboriginal species, etc.) and scientifically confirms the special properties of vermicomposts - aggregation of compostable substrate, increased hydrophobicity of particles, increased stability (vermistabilization) of the organic matter. The results of the study will expand knowledge of the mechanisms of formation of the agrophysical properties of the soil and open the way to the development of a strategy for agricultural measures to increase fertility with minimal anthropogenic impact on the ecosystem (an urgent issue within the framework of the international concept of sustainable development). Comprehensive analytical material on the properties of the functioning of earthworms can be used to develop predictive mathematical models of pools of soil organic matter, processes of progradation and structure degradation under the influence of natural and anthropogenic factors at the ecosystem level. Creating models of the ecosystem level is in demand in the field of agriculture, environmental monitoring, infrastructure design, industrial facilities, etc.
Результаты исследования расширят знания о механизмах формирования агрофизических свойств почвы и открывают путь к разработке стратегии сельскохозяйственных мероприятий по увеличению плодородия при минимальном антропогенном воздействии на экосистему (актуальный вопрос в рамках международной концепции об устойчивом развитии). Комплексный аналитический материал по свойствам продуктов функционирования дождевых червей может быть использован для разработки прогнозных математических моделей пулов органического вещества почвы, процессов проградации и деградации структуры под действием природных и антропогенных факторов на уровне экосистем. Создание моделей экосистемного уровня востребовано в сфере сельского хозяйства, экологического мониторинга, проектирования инфраструктуры, промышленных объектов и др. Ожидаемые по окончании проекта научные результаты: 1) Подтверждение или опровержение гипотезы о наличие взаимосвязи между физическими и микробиологическими параметрами копролитов. 2) Подтверждение или опровержение гипотезы о наличие существенных отличий в микробиологических и физических свойствах копролитов от почвы, где обитают черви. 3) Формулирование теории о вкладе дождевых червей в формировании физических и микробиологических свойств на уровне микроагрегатов, денсиметрических фракций и элементарных частиц.
1) Irreversible sorption of humic substances causes a decrease in wettability of clay surfaces as measured by a sessile drop contact angle method / V. A. Kholodov, E. Y. Milanovskiy, A. I. Konstantinov et al. // Journal of Soils and Sediments. — 2018. — Vol. 18, no. 4. — P. 1327–1334. 2) От понятия элементарной почвенной частицы к гранулометрическому и микроагрегатному анализам почв (обзор) / А. В. Юдина, Д. С. Фомин, А. Д. Котельникова, Е. Ю. Милановский // Почвоведение. — 2018. — № 11. — С. 1340–1362. 3) Dymov A. A., Gabov D. N., Milanovskii E. Y. 13c-nmr, pahs, wsoc and water repellence of fire-affected soils (albic podzols) in lichen pine forests, russia // Environmental Earth Sciences. — 2017. — Vol. 76, no. 7. — P. 275 4) Rheological properties of typical chernozems (kursr oblast) under different land users) / D. D. Khaidapova, V. V. Chestnova, E. V. Shein, E. Y. Milanovskii // Eurasian Soil Science. — 2016. — Vol. 49, no. 8. — P. 890–897. 5) Dymov A. A., Milanovskii E. Y., Kholodov V. A. Composition and hydrophobic properties of organic matter in the densimetric fractions of soils from the subpolar urals // Eurasian Soil Science. — 2015. — Vol. 48, no. 11. — P. 1212–1221. 6) Фролов О. А., Якушев А. В. Влияние на бактериальный гидролитический комплекс гумусо-аккумулятивного горизонта техноурбанозема пассажа через кишечник дождевого червя Aporrectodea caliginosa //Бюллетень Почвенного института им. ВВ Докучаева. – 2018. – №. 94. 7) Фролов О. А. Сравнение влияния пассажа через кишечник пашенных червей Aporrectodea caliginosa и серых кивсяков Cylindroiulus caeruleocinctus на бактериальное сообщество //АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ДОСТИЖЕНИЯ В ЕСТЕСТВЕННЫХ И МАТЕМАТИЧЕСКИХ НАУКАХ. – 2015. – С. 120-123. 8) Фролов О. А., Якушев А. В., Милановский Е. Ю. Гетерогенность свойств копролитов дождевых червей Aporrectodea caliginosa и Lumbricus rubellus в модельном опыте на черноземе //Бюллетень Почвенного института им. ВВ Докучаева. – 2019. – №. 99.
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 1 октября 2019 г.-30 октября 2020 г. | этап 1 |
Результаты этапа: Проведены два модельных эксперимента с двумя видами дождевых червей (A. calignosa, L. rubellus) в микрокосмах объемом 500мл. Почва – пахотный горизонт чернозема миграционно-мицелярного. В первом эксперименте опад - перезимовавшие воздушно-сухие цельные листья клена остролистного (Acer platanoides), во втором эксперименте опад - воздушно-сухие пожнивные остатки кукурузы. Дождевые черви - эндогейный червь Apporectodea caliginosa (почвенный червь, обитающий в минеральной толще почвы) и эпигейный червь Lumbricus rubellus (почвенно-подстилочный вид, обитающий на поверхности почвы). Эксперименты длились 5 месяцев. • Отобраны образцы копролитов и почвы для дальнейшего определения содержания изотопов δ13C и δ15N в почве и копролитах; для определения удельной площади поверхности; cмачиваемости поверхности твердой фазы почв; дегидрогеназной активности; численности микроорганизмов (прямая люминесцентная микроскопия), проведения денсиметрического фракционирования. • Проведен анализ массовой доли углерода (Сорг) . Увеличение Cорг за счет присутствия червей в копролитах 0,23% (A. caliginosa) и 1,97% (L. rubellus), в почве, где жили черви увеличение 0,45% (A. caliginosa) и 1,39% (L. rubellus). Увеличение содержания за счет опада на поверхности без дождевых червей составило 0,23%. • Изучен гранулометрический состав копролитов с окислением и без органического вещества. Изменения вызваны переработкой опада дождевыми червями: в копролитах увеличивается доля фракции крупной пыли 10-50мкм (+ 1%) в копролитах A. calignosa; тонкого песка 50-250мкм в копролитах A. calignosa (+2,55%), L. rubellus (+9,67%); среднего песка >250 мкм в копролитах A. calignosa (+0,74%), L. rubellus (+3,92%). Во-вторых, с перераспределением минеральных частиц (с удалением органики копролиты A. calignosa содержат во фракции среднего песока (>250 мкм) 0,4% частиц, что больше чем в контрольной почвы и копролитах L. rubellus). • Определена численность микроорганизмов методом посева. В копролитах дождевых червей численность микроорганизмов увеличивается в 2 раза (1,9*10^8 до 3,6*10^8 ) для L. rubellus и на порядок ( c 1, 5*10^8 до 1,07*10^9 )для A. calignosa. • Построены кривые роста бактериального сообщества в рамках комплексного структурно-функциональный метода. Ведется обработка кривых роста, подготовлены образцы для определения видового состава. • Определены реологические характеристики для копролитов и почвы, позволяющие прогнозировать изменение микроструктуры почвы при нагрузках - G′ – модуль упругости (модуль накопления), как составляющая вязкоупругого поведения; G′′ – модуль вязкости (модуль потерь), как составляющая вязкоупругого поведения; LVE_range – диапазон линейной вязкоупругости (пределы устойчивости почвенной пасты к разрушению структуры); Shear Stress max. – максимальное напряжение сдвига; G′=G′′ – точка разрушения структуры (точка равенства модулей упругости и вязкости). Согласно Т-критерию Вилкоксона с 95%-й вероятностью по реологическим свойствам копролиты A. calignosa отличаются от остальных объектов кроме копролитов L. rubellus. Копролиты L. rubellus отличаются от почвы с опадом и почвы, где жили L. rubellus. Полученные данные подтверждают гипотезу, что черви существенно изменяют базовые физические свойства почвы (гранулометрические и реологические), а также активизируют микробное сообщество. В свою очередь это позволяет выдвинуть предположение, что образование почвенных агрегатов в природе связанно с деятельностью почвенных животных, в особенности дождевых червей. Изменения, вызванные деятельностью дождевых червей, напрямую связаны с переработкой растительных остатков, измельчением и увеличением поверхности органических частиц для дальнейшей деструкции почвенными животными и микроорганизмами. Изменения, вызванные деятельностью червей видоспецифичны, что связанно с различными экологическими группами. Эпигейный червь существенно меньше влияет на свойства почвы, однако является важнейшим звеном при переработке и измельчение органических остатков почвы. Помимо этого можно заключить, что скорость разложения растительных остатков зависит не только от микроорганизмов, но и от почвенных животных, в частности дождевых червей. Об этом свидетельствует увеличение Сорг в копролитах и почве, где жили черви. Полученную информацию необходимо учитывать при сельскохозяйственной деятельности, например, при выборе способа обработки почв для обеспечения рационального землепользования. | ||
2 | 1 ноября 2020 г.-30 сентября 2021 г. | этап 2 |
Результаты этапа: На основе данных о содержании изотопов δ13C и δ15N в почве и копролитах, величинах удельной площади поверхности, cмачиваемости поверхности твердой фазы, дегидрогеназной активности, численности микроорганизмов проведено комплексное сравнение физических и микробиологических параметров копролитов, установившее взаимосвязь этих показателей. Подтверждена гипотеза о наличие взаимосвязи между физическими и микробиологическими параметрами копролитов и существенных отличиях в микробиологических и физических свойствах копролитов от почвы, где обитают черви. |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".